Massimo Clarke: Introduzione alle sospensioni, la verifica delle prestazioni
La funzione smorzante nelle forcelle e negli ammortizzatori si svolge grazie alla resistenza che l’olio presente all’interno oppone quando viene forzato a passare attraverso appositi orifizi calibrati. La sezione di passaggio a disposizione del liquido è variabile in quanto regolata da apposite valvole.
Questa azione frenante idraulica cambia notevolmente in funzione della velocità. Un parametro fondamentale è la viscosità dell’olio impiegato. In seguito al funzionamento prolungato ha luogo un considerevole riscaldamento; ciò ha una notevole importanza in quanto comporta una riduzione della viscosità stessa.
Come si fa per valutare le caratteristiche funzionali e per verificare l’efficienza degli ammortizzatori? Si tratta di dispositivi dinamici e quindi eventuali controlli statici non sono certo significativi. È necessario effettuare alcune prove che simulino quanto avviene durante l’impiego della moto, facendo lavorare l’ammortizzatore in condizioni controllate, variando come opportuno fattori come la velocità di movimento del pistone ed eventualmente anche la sua corsa, e che possano prolungarsi nel tempo. Per questa ragione sono stati realizzati appositi banchi.
Controllo al banco
Lo schema più semplice prevede una piastra discoidale rotante, azionata da un motore elettrico e collegata alla parte mobile dell’ammortizzatore da un meccanismo del tipo a biella e manovella. In questo caso la corsa può essere variata semplicemente cambiando la posizione del perno sul quale è montata la testa della biella, cosa resa possibile dal fatto che nella piastra sono praticati più fori, a distanze diverse dall’asse di rotazione. Il corpo dell’ammortizzatore viene fissato al banco mentre lo stelo si muove rettilineamente nei due sensi in quanto collegato tramite un’asta al piede della biella, opportunamente guidato. Una notevole diffusione hanno i banchi prova nei quali la trasformazione del movimento da rotatorio a rettilineo alternato è ottenuta mediante un meccanismo a glifo rotante (scotch yoke). In questo caso non c’è una biella che si inclina, con le relative conseguenze sulla legge del moto. Esistono anche banchi prova per ammortizzatori di tipo elettroidraulico, senza parti rotanti. In ogni caso, da diversi anni a questa parte il controllo del movimento e l’acquisizione dei dati vengono affidati a sistemi elettronici.
I banchi misurano la forza che si oppone al movimento del pistone dell’ammortizzatore. Si possono così ottenere due tipi di grafico. Il primo mostra come cambia tale forza di smorzamento (cioè la frenatura idraulica) in funzione della velocità del pistone stesso, tanto in estensione quanto in compressione. Il secondo mostra invece la variazione della forza in funzione dello spostamento, ossia della corsa del pistone, ed è costituito da una curva chiusa. Le informazioni che si ottengono in questo modo sono preziose e consentono di conoscere in dettaglio le caratteristiche funzionali dell’ammortizzatore e di valutare con precisione l’efficacia delle regolazioni. Si può così anche rilevare in quale misura variano le prestazioni in seguito a un funzionamento prolungato, dopo cioè una serie di ripetute e intense sollecitazioni. È pure possibile sapere quali sono le condizioni dell’ammortizzatore, ovvero conoscere la sua efficienza dopo un certo periodo d’uso. Naturalmente in questo modo possono anche essere effettuati controlli sulle forcelle, per valutarne le prestazioni e verificare la funzionalità dell’idraulica.
I due grafici forza/velocità e forza/spostamento costituiscono in un certo senso la vera e propria carta d’identità dell’ammortizzatore e permettono di sapere come si comporterà durante l’uso.
Naturalmente per utilizzare al meglio le informazioni fornite dal banco occorre sapere interpretare i grafici, cosa che richiede una certa preparazione di base. Per fortuna esistono corsi specifici sulle sospensioni, come quelli organizzati dall’Andreani Group, che prevedono anche questo.
In genere nel grafico forza/spostamento quest’ultimo viene riportato sull’asse orizzontale, cioè in ascissa, mentre la forza frenante è in ordinata. Siccome la frenatura in estensione è maggiore di quella in compressione, il grafico è asimmetrico, con la parte sopra l’asse orizzontale diversa da quella inferiore. La parte destra del grafico invece spesso è simmetrica rispetto a quella sinistra. La curva chiusa che costituisce il grafico si ottiene con una data velocità e con una determinata corsa, che di norma è compresa tra le due posizioni limite (massima estensione e a massima compressione dell’ammortizzatore), in corrispondenza delle quali la velocità del pistone è zero e la forza frenante è nulla.
Per avere informazioni adeguate occorre effettuare diverse prove, con velocità differenti e con le corrispondenti curve riportate nello stesso grafico. Al crescere della velocità la frenatura è più vigorosa e pertanto la curva raggiunge una maggiore distanza dall’asse orizzontale e l’area che essa racchiude aumenta di dimensioni; inoltre varia anche la forma della curva stessa. Non cambia invece la larghezza del grafico, ossia la distanza tra i due punti estremi, nei quali la curva interseca l’asse delle ascisse, dato che la corsa resta invariata.
In genere la parte inferiore del grafico si riferisce alla estensione: la curva si allontana in misura maggiore dall’asse orizzontale, rispetto a quanto avviene per quella superiore, che si riferisce alla compressione. In qualche caso però il grafico viene rappresentato in maniera opposta, con la curva relativa alla estensione collocata al di sopra dell’asse orizzontale. E in certi casi può addirittura essere “coricato”, in modo da avere la corsa in ordinata e la forza in ascissa. A questo si deve prestare la debita attenzione quando, per documentarsi o per fare confronti, si consultano fonti differenti.
In seguito al riscaldamento la viscosità dell’olio diminuisce e ciò può influenzare negativamente l’azione frenante dell’ammortizzatore. L’entità di questa riduzione dello smorzamento può essere agevolmente valutata confrontando il grafico ottenuto all’inizio della prova con quello rilevato a caldo, dopo un certo periodo di uso intenso. Inutile dire che nei migliori ammortizzatori la variazione è piuttosto contenuta.
Nel grafico forza/velocità, l’entità della frenatura idraulica è sempre rappresentata in ordinata mentre la velocità con la quale si muove il pistone dell’ammortizzatore è in ascissa. In questo caso si hanno due curve aperte, che partono dal punto ove si incrociano i due assi (nel quale tanto la velocità quanto la forza sono eguali a zero) e che mostrano in quale misura lo smorzamento cresce all’aumentare della velocità del pistone.
L’andamento delle curve (che in certi tratti è pressoché rettilineo, cioè simile, se non eguale, a più segmenti di retta aventi differenti inclinazioni) consente di conoscere l’entità della frenatura nelle diverse condizioni di funzionamento delle sospensioni e in particolare di valutare come varia alle piccole e alle alte velocità.
È interessante osservare che a un eguale valore massimo alla fine della curva (cioè alla velocità più elevata) può non corrispondere un eguale valore medio della frenatura. È pertanto indispensabile esaminare con grande attenzione la forma della curva. Pure in questo caso in genere il grafico viene realizzato in modo da avere la parte relativa alla estensione al di sotto dell’asse delle ascisse e quella relativa alla compressione al di sopra.
